이 시리즈는 인천대학교 최승식 교수님 강의를 개인적으로 정리한 글 입니다.
⭐️ 회선교환 패킷교환 ⭐️
회선교환
- 종단시스템간 통신을 제공하기 위해서 예약이 필요
- 전용자원을 할당함 (공유하지 않음)
- 연결상태를 유지하여 일정 전송률을 보장함
- 호설정과정이 필요
- 고정적인 방식
ex) 회선교환의 4개의 회로 스위치, 링크
두 호스트가 통신을 원할 때 네트워크는 두 호스트 간에 전용 종단 간 연결을 설정한다, 따라서 호스트 (여기서 desktop 모양) A와 B가 통신하려면 네트워크가 먼저 두 링크 각각에 대해 하나의 회로를 사용해야 한다.
여기서 첫 번째 링크의 두 번째 회로와 두 번째 링크의 네 번째 회로를 사용한다.
각 링크에는 4개의 회로가 있으므로 링크의 총 전송 용량의 1/4를 얻는다. 따라서, 예를 들어 인접 스위치 간의 각 링크의 전송 속도가 1Mbps인 경우 회로의 전속 속도는 250kbps 이다.
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FDM (주파수 분할 다중화) : 주파수 스펙트럼이 링크를 통해 설정된 연결 간에 분할이 된다. 링크는 연결 기간동안 각 연결에 전용 주파수 대역을 지정한다 ex) FM라디오
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TDM (주파수 시분할 다중화) : 시간은 고정된 기간의 프레임으로 분할되고 각 프레임은 고정된 수의 시간 슬롯을 분할이 된다.
여기서 FDM의 경우 주파수 영역은 각각 대역폭이 4kHZ인 4개의 대역으로 분할이 된다.
TDM의 경우 시간 도메인은 프레임으로 분할되며 각 프레임이에는 4개 (1, 2, 3, 4)의 시간 슬롯이 있다.
TDM의 경우 회로의 전송 속도는 프레임 속도에 슬롯의 비트 수를 곱한 것과 같다. 예를 들어 링크가 초당 8,000 프레임을 전송하고 각 슬롯이 8비트로 구성되어 있으면 각 회로의 전송 속도는 8000 x 8bit = 64kbps이다.
예시) Host A to B, 640K bit 파일을 보내는데 걸리는 시간?
- All links are 1,536Mbps
- Each link uses TDM with 24 slots/sec
- 500 msec ti establish end-to-end circuit
1,536M / 24 = 64k, 지연시간 = 640k/64k + 0.5s(500msec) = 10.5 s
패킷교환
- 종단간 데이터 스트림을 패킷으로 분할하여 전송
- 사용자 A,B가 보낸 패킷은 네트워크 자원을 공유함
- 각 패키슨 전체대역폭을 사용가능
- 필요한 만큼의 자원을 사용 (회선교환과 비교하여 유동적임)
- resource contention :
- 자원요구가 실제 가능한 자원보다 많을 수 있다 (저장 및 교환, 전달 -> 지연발생)
- congestion : packets queue, wait for link use
- 저장 및 전달 : 패킷은 한 홉씩 이동함
- 노드는 전달하기 전에 한 패킷의 마지막비트까지 수신한 후 다음 전송
- Statistical Multiplexing
- 요구할때만 링크의 사용을 할당 -> 내가 안쓰면 타인이 사용
- 통계적 TDM
패킷 L 비트를 전송률 R bps인 링크에 전송할 때 걸리는 시간 : L/R 초
예시) L = 7.5, R = 1.5 일 때,
7.5/1.5(L/R) = 5, 지연 시간 = 5 x 3 (3개의 R) = 15sec
예시)
용량을 구하시오. 단말이 N개, 각 단말이 활성화 시 10%,
최대 1 Mbps link, 100k.
회선교환 : 1Mbps/100k = 10
-> 총 최대 10명
패킷교환 N명 중에 11명 이상 활성화 될 확률 (효율 : 회선 > 패킷일 확률)
NΣL=11 ((1/10)^11 x (9/10)^(N-11) x NCL)
= 35명일 때 동시에 활성화가 된 사용자가 11명 이상일 확률은 0.0004 -> 10명 이하일 확률 0.9996
- 따라서, 패킷교환은 회선교환에 비해 용량이 3배 이상.
ISP / 백본
ISP = Internet Service Provider, IXP = Internet Exchange Point
패킷교환의 지연
- 패킷은 라우터 버퍼에 큐잉됨
- 패킷 도착율이 링크 출력용량을 초과할 때
- 버퍼에 큐잉되고 순서를 기다림
- 노드 처리 지연
- check bit errors
- determine output link
- 패킷 큐잉 지연
- time waiting at output link for transmission
- depends on congestion level of router
- 전송 지연 (L/R, 길이 = L, 속도 = R)
- R = link bandwidth (bps)
- L = packet length (bits)
- time to send bits into link = L/R
- 전파 지연 (D/S, 거리 = D, 속도 = S 광 : 3x10^8 구리 : 2x10^8 m/s)
- d = length of physical link
- s = propagation speed in medium
- propagation delay = d/s
큐잉 지연
- R = link bandwidth (bps)
- L = packet length (bits)
- a = 패킷 도착률
트래픽 강도(aL/R) = 도착율 / 서비스율
-> = 0 : 큐잉지연 없음, 1에 접근 : 지연이 점차 커짐, > 1 : 지연이 무한대(발산)
프로토콜 계층과 서비스 모델
- 인터넷은 매우 복잡한 시스템 :
- 항공기 여행 과정의 예 (peer to peer)
- 프로토콜을 계층으로 조직
- 한 계층이 상위계층으로 제공하는 서비스 : 서비스 모델
- 프로토콜 계층화의 장점 및 단점
- 장점 : 시스템 구성요소의 갱신을 용이하게 함
- 단점 : 한 계층의 기능이 하위계층과 중복됨, 한 계층에서 타 계층에서의 정보가 필요
- 프로토콜 스택
- ⭐️ OSI 7계층 ⭐️ (Open Systems Interconnection)
인터넷 : 애플리케이션(App, Presentation, Session 계층), 트랜스포트, 네트워크, 링크, 물리계층
- ⭐️ OSI 7계층 ⭐️ (Open Systems Interconnection)
- Encapsulation
애플리케이션(응용 계층) - message
전송 계층 - segment
네트워크 - datagram
링크 계층 - frame
switch는 간단한 장비 mac주소를 가지고 옮겨주기만 한다.
공격받는 네트워크
Denial of Service (DoS)
- 네트워크, 호스트 혹은 다른 기반 구조의 요소들을 정상적인 사용자가 사용할 수 없게 하는 것
- select target
- break into hosts around the network
- send packets toward target from compromised hosts (감염된 호스트)
packet sniffing
- broadcast media (shared Ethernet, wireless)
- 지나가는 모든 패킷의 사본을 기록하는 수동적인 수신자
IP spoofing
- 신뢰하는 사람인 것 처럼 위장
